Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
происходил скорее на основании технических возможностей и приемлемой
стоимости, чем функциональных различий. Последующее обсуждение сетей
соединений соответственно уже не будет привязано к конкретной
функциональной области.
В архитектуре межэлементных соединений прежде всего стремятся
продвинуться по пути реализации программируемых сетей. Это не является
удивительным, поскольку производительность символьной архитектуры,
особенно с мелкой структурой разбиения, определяется межэлементными
соединениями. Именно увеличивая гибкость сетей и делая их
программируемыми, разработчики проходят длинный путь в направлении
увеличения общей вычислительной мощности. Более того, конструкторы систем
обычно предпочитают несколько уменьшить быстродействие в обмен на
устойчивость работы системы, заменяя жесткие межэлементные соединения на
переключаемые, которые позволяют приспособить конфигурацию сети к
имеющимся данным. Для символьных процессоров адаптивность имеет даже
большее значение, чем для цифровых вследствие того, что топология
структур данных обычно является неупорядоченной; следовательно, топология
оптимальной сети не может быть определена заранее, до разработки схемы.
Следует упомянуть, что программируемость соединений также важна с позиций
устойчивости системы к неполадкам, поскольку при прохождении данных она
позволяет перестраивать системы для обхода неисправных процессоров.
Сети соединений можно разделить на три общих класса: мультиплексные шины,
многопортовые (порт - многоразрядный вход) компоненты и переключающие
сети. Шина является простейшим, и, следовательно, наиболее популярным
методом соединения, поскольку использует наименьшее число переключающих
элементов. Однако конфликтные ситуации для этих переключателей в случае
использования большого числа пользователей процессоров ограничивают
степень их полезности
Глава 10. Оптика и символьные вычисления
339
практически до уровня матриц мультипроцессоров со слабой связью, для
которых конфликтные ситуации с распределением ресурсов шины не столь
велики, как для систем с сильной связью.
Проблема конфликтных ситуаций может быть уменьшена путем создания
компонент (например, запоминающих устройств) с более чем одним портом, а
также за счет увеличения числа шин в системе, как это показано на рис.
10.31. Все это, естественно, увеличивает степень сложности компонентов.
В третьем из классов соединений используются сети переключателей, которые
устанавливают каналы связи в системе. Наиболее общая сеть с обобщенным
перекрестным переключателем способна устанавливать независимые связи
между всеми компонентами, объединенными в сети, т. е. не существует
разделения переключающих элементов между каналами и, следовательно, не
возникает конфликтных ситуаций по поводу распределения ресурсов. Хотя
такая сеть представляет собой наивысшее достижение с точки зрения
мощности соединений, реализации на этой основе больших систем
препятствует то, что цены на них оказываются слишком высокими, как и
затраты на потребляемые мощности и защиту от перекрестных наводок.
Универсальный перекрестный переключатель размерности kXm имеет k входных
портов, предназначенных для соединения с k сигналами или узлами передачи
сообщений, и m выходных портов для соединения с m принимающими узлами.
Если бы каждый из узлов системы имел один передающий порт и один
принимающий порт (или один двунаправленный порт), тогда пХп перекрестных
линий позволили бы создать все возможные соединения между узлами и
избавили бы от любых конфликтов по поводу ресурсов сети.
П- процессор
УП- устройство памяти С
Рис, 10.31. Усиление возможностей системы межэлементных соединений
посредством многопортовых устройств памяти.
340
Часть IV. Символьные вычисления и искусственный интеллект
Для простоты на рис. 10.32 изображены только перекрестные соединения
размерности 3X3. Следует заметить, что для приборной реализации
перекрестных соединений размером пХп число переключателей составит п2, а
число двунаправленных линий связи - 2л2. Для больших значений п
реализация такой системы с помощью технологии электронных интегральных
схем становится грандиозной задачей; особенно сложной является разработка
2л2 двунаправленных линий связи с эквивалентными полосами частот и
приемлемым уровнем перекрестных наводок. Кроме того, электронные
компоненты имеют очень ограниченный коэффициент разветвления по выходу,
например для коэффициента разветвления по выходу электронного вентиля
предел составляет приблизительно 10. Решение этой проблемы электронными
методами заключалось в возврате к многоступенчатым переключающим сетям.
Один из многих возможных вариантов показан на рис. 10.33, а, где каждый
переключающий элемент имеет коэффициент объединения по входу, равный 2, и
коэффициент разветвления по выходу, также равный 2. Сеть соединений
является трехступенчатой, все переключатели в вертикальном столбце должны
функционировать как одна ступень сети. Эта сеть межэлементных соединений
